天平研究

天平研究（共8篇）

天平研究 篇1

0 引言

随着科技突飞猛进的发展, 以前的机械天平已经不能满足人们的要求, 于是出现了电子天平。相比以前的机械天平, 电子天平在技术上有了很大的发展, 它具有结构简单, 安装调试方便, 称量快捷, 显示直观, 抗干扰能力强等特点[1]。电子天平有机械天平无法比拟的优点, 因此电子天平的应用越来越广泛。在短短几十年中, 发展了各种规格、门类齐全的电子天平, 广泛应用于各行各业的计量领域。随着电子技术的发展, 对电子天平的要求也越来越高, 电子天平正在向高精度、高效率、高抗干扰能力的方向发展[2,3]。

本研究主要探讨了电子天平的研究与设计。

1 电阻应变式传感器的工作原理

电阻应变式传感器具有测量范围广, 频率响应特性好, 结构简单、价格低廉、性能可靠稳定等优点, 因此电阻应变式称重传感器已被广泛应用到称重领域。

电阻应变式称重传感器由电阻应变片、检测电路和弹性体[4]3个主要部分组成。其工作原理是基于弹性体在外力作用下产生弹性变形, 使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形, 电阻应变片变形后, 它的阻值将发生变化, 再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号, 从而完成了将外力变换为电信号的过程。其内部结构图如图1所示[5,6,7]。

当电桥处于平衡状态时, 即:

R1, R2, R3, R4—4条桥臂的应变电阻;E—电桥的激励电压;Uo—对应的输出电压

设电桥各桥臂工作时, 均有增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4, 由式 (1) 可得:

为了使桥路灵敏度[8]最大, 通常采用等臂电桥, 即R1=R2=R3=R4=R。当ΔRi≪R (i=1、2、3、4) 且有ΔR1=-ΔR2=-ΔR3=ΔR4=ΔR时, 输出电压与应变成线性关系:

由此可知, 电阻应变式传感器的输出电压与激励电压和传感器形变量成线性关系[9]。

2 电子天平的设计流程

2.1 系统的工作过程

系统功能框图, 如图2所示。

激励电压给传感器提供一个工作电压, 在外力的作用下传感器会输出一个信号。将输出的信号送入滤波电路模块, 经过滤波后将信号送入A/D转换电路模块。本系统中的A/D转换芯片采用TI公司生产的ADS1230, 信号经过ADS1230放大并转化成数字量后, 再送入单片机中进行处理。按键电路模块有清零、去皮重、单位换算等功能, 声音提示电路模块在被称重物的重量大于传感器的最大量程时, 会发出报警。液晶显示模块用于显示重量、价格等。

2.2 ADS1230的特性

ADS1230是一种具有20位高精度的模/数转换器 (ADC) , 可以应用于称重、应变仪、压力传感器、工业过程控制等[10]。ADS1230的内部结构如图3所示。

芯片ADS1230的特点有:可提供用于桥接传感器的完整前端解决方案, 以满足多种桥接传感器的应用要求;内置增益为64或128的板载PGA和板载振荡器;有效值 (RMS) 噪声在10 SPS (samples per second) 时仅为40 n V (G=128) , 80 SPS时仅为88 n V (G=128) ;18位无噪声精度;可选的10 SPS (具备50 Hz与60 Hz两种抑制频率) 或80 SPS数据速率;比例测量的5 V外部电压基准以及简单的引脚驱动控制和双线串行数字接口。

2.3 ADS1230和单片机的接口电路

ADS1230和单片机的接口如图4所示。

由图4可知, 传感器的输出信号经ADS1230的7, 8脚接入, 正信号接7脚, 负信号接8脚, 本系统把AVDD、REFP、DVDD、GAIN置成高电平, GAIN引脚置高电平说明选用了128倍增益, AGND、DGND、REFN、CLKIN、SPEED置为低电平, CLKIN引脚接地说明使用内部时钟, SPEED引脚置为低电平说明数据速率选10SPS。SCLK, /DOUT, 分别接入单片机。SCLK用于控制数据的转换, 偏移误差校正和休眠模式。/DOUT引脚有两个作用, 当这个引脚为低电平时说明新数据已经准备好了, 其次在SCLK的每个上升沿, 输出一个数据 (先输出高位, 再输出低位, 共20位) , 送完20个后, 把引脚拉高一段时间, 直到新数据准备好。PDWN引脚用于关闭ADC, 并把ADC清零, 为下一次A/D转换做好准备。

3 电子天平的标定

用标准的砝码加到称重传感器的受力端, 记录下砝码的值, 读取A/D转换的数据。在此过程中本研究采用多次测量取平均值的方法, 这样可以有效地减少人为误差, 得到的数据更可靠。将砝码的质量 (单位:g) 作为纵坐标, A/D转换的平均值作为横坐标, 进行拟合后得到的拟合曲线, 如图5所示。

得到标定表达式为y=0.006x-31.135 (其中y为重量, 单位为g, x为A/D的转换值) , 这样就可以根据A/D的转换值得到相应的物体重量。

4 实验结果与分析

本研究所设计的电子天平的量程是100 g, 测试的部分数据如表1所示, 由此可知, 当重物小于15 g的时候, 最大误差小于0.02 g, 当重物在15 g~100 g时, 最大误差小于0.05 g。误差的来源有传感器本身的非线性误差, 称重传感器供电电压的稳定性, A/D转换芯片的精度, 温度漂移等[11]。

5 结束语

本研究以ADS1230作为A/D转换芯片而设计的电子天平, 由于芯片ADS1230内部集成了可编程增益放大器 (PGA) , 不仅省去了设计放大电路的麻烦, 使系统的结构和硬件电路更加合理, 而且解决了由放大环节带来的失调电压和温漂等问题。经过测试可知该系统性能稳定, 运行良好, 有一定的实用价值。

参考文献

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[6]张红俊, 张红旺, 同长虹.电阻应变式传感器在应用中的误差补偿[J].机械管理开发, 2003 (4) :61-62.

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[11]GONZALEZ A G, HERRADOR M A.The assessment of e-lectronic balances for accuracy of mass measurements in theanalytical laboratory[J].Accreditation and Quality As-surance, 2007, 12 (1) :21-29.

天平研究 篇2

关键词：电光分析,读数系统,双盘精密天平,称量速度

电光分析天平的种类比较多,本文主要以TG-328型电光分析天平为基础,对电光分析天平故障的影响因素和故障排除方式进行了阐述。TG-328型电光分析天平在读数系统方面,是一种等臂的双盘精密天平,由外框、立柱以及横梁等多个系统共同组成。TG-328型电光天平分度值和最大称量值分别为0.1 mg和200 g,是一种三级天平。由于该天平的精度比较高,且称量速度相对较快,不易受到外界的干扰,所以,被广泛应用到了各地区分析化验量等工作中,是使用频率相当高的一种计量仪器。在使用了一段时间之后,天平会出现故障,产生开机难等问题。将开机故障分为两种形式,对故障产生的原因进行了分析,并提出了相应的解决方式。

1 天平显示屏工作不正常

显示屏一般情况下都是在天平罩正前方的,且在正常状态下是可以显示出刻度的,刻度显示十分清晰,辨认难度较小。天平经过长时间使用或受到强烈的振动影响后,会产生各种不同的异常情况,比如显示屏上不显示内容或刻度显示模糊等。出现这些情况的根本原因是天平光学读数系统存在问题。光学读数系统是由灯泡、聚光灯以及微分标牌等构成的,不同的部分功能不同,可以将微分标盘刻度通过放大的形式投射到投影屏幕上,使微分度更加容易读取,不同部件的位置、角度会影响成像质量。

近年来,比较常见的故障都是光学系统中不同部件所引起的,且在对光学系统进行检查之前,工作人员为了从根本上减少天平刀刃的受损程度,将插口拔下,并通过金属导体等对其进行连接,使天平长期处于长明状态。

2 显示屏无法正常显示

在天平的电源接通以后,尾灯会亮起,但显示屏上不显示任何内容。在遇到这种情况时,工作人员可以按照下述步骤对其进行检查:对光源所射出的光线进行检查,明确光线和天平底盘是否处于平行状态,或判断从灯泡中射出的光线是否可以通过聚光灯再投射到影屏中。

具体的检查以及调整方法为;将天平横向取下,准备好白纸,并将白纸垂直放置到微分标牌位置,观察白纸表面是否存在圆形的亮点,如果没有白点,则可以前后移动或转动灯,并拧紧灯座、聚光灯管的螺丝,此时,光线调节完毕;安装横梁,并对显示器的状态进行检查,如果显示器没有显示任何内容,则可进入下一步;对反射镜片的安装情况进行检查,先观察反射镜是否脱离,如果发现反射镜出现脱落等问题,必须将其重新固定好;对反射镜的角度进行检查,可以先调节第一节反射镜,反复转动螺丝,如果情况比较特殊,也可以反复调整第二反射镜的角度,直到天平显示器发亮,或天平显示器出刻度为止。

如果显示屏所显示出的刻度比较清晰,且读取比较容易,表明显示内容已经正常;如果显示器显示出的内容并不清晰,需要对其进行后续修理。

3 显示屏有亮光,但是没有刻度显示

天平的尾灯亮起,显示屏点亮,但是没有刻度或刻度不清晰也是目前比较常见的问题。导致该故障的根本原因是光源读数系统光学镜片磨损或光学镜片出现错位等,需要按照下述处理方式对其进行加工:对不同的光学镜片进行检查,并尽量松动聚光管和放大镜筒螺丝;取下镜片后,对镜片进行观察,观察镜片是否已经损坏,如果镜片已损坏,则要在第一时间与厂家联系更换,如果镜片没有损坏,则应清楚镜片上的油污或灰尘等;利用镜头纸或棉球蘸上少量的乙醚、乙醇擦拭镜片,并装回聚光灯、放大镜筒,拧紧螺丝,观察显示屏的清晰度,如果显示屏的清晰度不足,可以继续检查;检查聚光灯与放大镜二者之间的焦距,观察二者焦距是否处于正常状态;松开放大镜螺丝,并不断地前后移动放大镜,观察显示屏上所显示的数字。此时,显示屏上有可能会出现大刻度,之后逐渐移动放大镜,直到显示屏上所显示出的刻度清晰可见。

4 其他常见故障

其他故障包括光源线路故障和开关器故障。在光源线路方面,TG-328天平光源线路主要作用为连接电源与天平光源线路,起到纽带的作用,由变压器、灯泡以及插口共同组成。变压器可以与220 V交流电源相互连接,而插口则可与天平相互连接。需要对灯泡进行检查,明确灯泡是否存在损坏等问题。拧下灯泡,查看灯泡灯丝是否损坏或已经被烧断。也可以通过镊子等金属导体对两个插头进行检查,判断灯泡是否处于发光状态。如果灯泡不亮,则表明灯泡已经被损坏,需要继续更换灯泡;如果灯泡是发光的,则表明灯泡是正常的,需要继续检查。

此外,还需要对接口位置状态进行检查,利用无水酒精擦拭插口,之后使用小螺丝刀对插口进行处理,扳开金属插头,再将不同插头插入到插座中。值得注意的是应明确插头的位置。

5 结束语

电光分析天平故障影响因素及其故障排除是近年来相关专家学者致力研究的问题。本文从目前相关行业的发展情况入手,简要分析了电光分析天平的常见故障。

参考文献

[1]杨浩,刘宏娇.电光分析天平故障分析及解决办法[J].中国计量,2012(04).

[2]李敬忱,刘伟娜.实验室电光分析天平故障的分类处理[J].实验室科学,2012(02).

[3]张杰.电光分析天平的快速检测与调修[J].仪器仪表标准化与计量,2016(01).

[4]谌海英.TG328型电光分析天平示值变动性影响因素分析[J].价值工程,2011(14).

天平的衡量 篇3

近年来，随着人们宠物潮的发展，宠物行业也因此逐渐兴起。超市、街道，随处可见宠物行业的招牌，食品、日用品、玩具，应有尽有，宠物行业也开始推动经济的发展，

但由于而来宠物行业对社会的弊端也开始显露出来。

就以往的事例：某市民为逝去的爱犬开追悼会，以及一批爱动物协会人士在高速公路上拦截运往餐馆狗只的车辆，一件件事例不禁让我深思：就中国而言，西北、新疆、贵州等一些偏远地区，水资源、教育资源。十分贫乏，经济落后，甚至温饱也成了一个问题。可如今，仅一个宠物的葬礼也如此盛大，但人类的问题却得不到重视。

我不是在否认爱动物人士的做法，也不是在否认动物与人类的友谊。但对世界而言，有人类的发展，才有文化的存在。人类与自然和谐存在，遵循自然规律，大自然中动物的食物链，数量是平衡存在的。除必然的生老病死外，动物间的屠杀也是必然的。如今只是人类充当了其角色。因此，爱动物协会人士其行为虽以保护动物为出发点，但在一定程度上阻碍了经济的发展。同样，不管人类文明发展如何，假若人类对动物的屠杀过于严重，对自然的破坏也是不可估计的。我们应知道没有自然，人类的生存也是一个问题。

其实，不管是爱动物人士还是普通市民，对待宠物的行为，我们需要在心中有一个天平，平衡人类与动物的存在。两者相互平衡，共同发展，才能构建和谐的人与自然的关系！

天平研究 篇4

关键词：机械天平,测量不确定度,计量检定

所谓测量不确定度指的是对测量结果有效性的不肯定程度或者可疑程度, 传统的说法是, 测量不确定度是测量真值一定范围的估计值。我们都知道, 测量真值属于理想状态的概念, 通常是未知量或者难以操作的值。因此当代的测量不确定度被赋予了新的含义, 利用它的表示对测量质量和测量水平进行评定, 在很大程度上影响了计量检定, 并且具有重要的现实意义[1]。

1对机械天平测量不确定度进行评定

1.1测量方法

根据国家关于计量检定的相关规定, 天平的示值的测量主要通过标准砝码, 采用标准砝码进行测量, 可以获得天平实际值和标准砝码的差, 计算出来之后, 就会获得天平的示值的误差。需要注意的是, 测量结果受到多种因素的影响, 采用数学分析模型才能分析出不确定度分量。该次研究中, 把最大秤量200g、分度值为0.1mg的天平作为例子, 以下进行详细的介绍。

我们都知道, 机械天平的示值重复性、横梁不等臂性误差、标尺分度值、分度值误差均有自己的计算公式, 以下详细介绍, 单位均为毫克。

空秤时左盘上测量获得的分度值-全称量时左盘上测量获得的分度值:

空秤时右盘上测量获得的分度值-全称量时右盘上测量获得的分度值:

空秤时左盘上测量获得的分度值-空秤时右盘上测量获得的分度值:

全称量时左盘上测量获得的分度值-全称量时右盘上测量获得的分度值:

天平的横梁不等臂性误差的计算公式为:

标尺分度值的误差计算公式为:

1.2对不确定度分量的测量进行评定

按照计量检定规程进行分析, 引起标准不确定度的原因分别是温度变化误差的不确定度、操作误差的不确定度、读数误差的不确定度、天平的误差不确定度、标准器误差不确定度等[2]。

1.2.1评定标准器误差的标准不确定度U1

相关规定表示, 二等标准砝码的扩展不确定度≤0.6mg, 而包含因子k的值为3, 因此自由度V1的值为5, 标准不确定度U1=1/3×0.6=0.2。

1.2.2评定标准器误差的标准不确定度U2

天平示值变动性决定了天平示值的标准不确定度, 也就是我们所说的天平测量重复性, 按照相关规程可以知道:自由度V2的值为50, U2为0[3]。

1.2.3评定读数误差不确定度U3

如果标准装置的指示装置分辨率是&x, 那么该装置的不确定度是0.29&x, 通常情况下, 天平检定装置的分辨率最小是标牌最小分度值的1/10, 但是天平误差不确定度却是0.1mg, 因此读数误差的不确定度的计算公式如下:

自由度V3的值为50。

1.2.4评定温度改变误差的不确定度U4

相关规定明确表示, 温度对天平示值的不确定度有一定的影响, U4的指不超过0.1mg, 自由度V4的值为50[4]。

1.2.5评定合成标准不确定度

自由度Veff的值为100。

1.2.6评定扩展不确定度

根据自由度Veff的值为100, 置信概率为95%进行查询, 在t分布中可以获得Kp的值为1.984, 因此扩展不确定度是U98=0.24×1.9=0.48

3测量不确定度在机械天平计量检定中的具体应用

选择最大秤量为200g, 分度值是0.1mg的TG328B天平, 工作条件较为标准且正常的情况下, 使用装置对一组数据进行检定, 并且采用另外一个计量检定站用标准装置对这组数据进行检定, 结果见表1。

3结语

机械天平计量检定当中, 测量不确定度的评定和选择的计量标准器的准确性决定了检定结果的质量, 精确的计量标准器在很大程度上提高了检定结果的质量。机械天平计量检定当中, 测量不确定具有非常广泛的应用范围。从某种意义上讲, 对某一确定物质的量进行确定或者建立计量标准时, 必须要控制好每个环节的质量控制[5]。

参考文献

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[2]刘友.机械天平计量准确性的影响因素和提高方法[J].黑龙江科技信息, 2014, 3 (14) :325-326.

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[4]柏静.200g/0.1mg级电子天平示值误差测量不确定度评定[J].中国高新技术企业, 2013, 1 (6) :125-126.

天平研究 篇5

目前, 烟尘浓度的监测根据测量机理的不同分为两类分析方法:取样法和非取样法。

1 取样法

取样法是从待测区域中取部分具有代表性的含烟尘气样, 并将颗粒从样品中分离出来, 再送入随后的分析测量系统来测量烟尘质量浓度的方法。主要有:滤筒称重法、β射线吸收法和振荡天平法.

2 非取样法

非取样法是利用烟尘颗粒物与射线、光等作用后所产生的衰减、散射等现象来间接测量烟尘浓度的方法。非取样法主要有:黑度法、浊度法、光散射法。

在国内, 检测污染源烟尘排放浓度常用的方法是滤筒称重法, 即以规定的流量采样, 将烟气中的烟尘沉集于高性能滤筒内, 称滤筒采样前、后的质量, 由质量差求得沉集的烟尘质量, 再根据采样体积, 计算出烟尘排放浓度。该方法一方面需要人为移动滤筒, 难以避免地减小或增大滤筒内的烟尘量, 进而造成误差;另一方面, 需有样品的采集、烘干和称重步骤, 耗时耗力。尤其是在高湿度情况下, 滤筒易损坏, 采集烟尘困难。另外, 烟尘监测仪器落后, 自动化程度不高, 精度低, 耗时长。因此, 寻找一种新型、高效、准确的烟尘监督、监测方法及其匹配的监测仪迫在眉睫。锥形元件微量振荡天平法 (Tapered Element Oscillating Microbalance, TEOM) 是近年发展起来的颗粒物浓度测量方法。原理是在称重模块内使用一个振荡锥形空心管, 振荡端装有可更换滤膜, 振荡频率的变化由滤膜上沉积颗粒物质量的变化决定, 当采样气流通过滤膜时, 气流中的颗粒物沉积在滤膜上, 滤膜上沉积颗粒物质量变化导致振荡频率变化, 通过检测振荡频率的变化, 测量沉积在滤膜上颗粒物的质量, 根据采样体积, 计算出该时段内颗粒物的质量浓度。

在国外, 以锥形元件微量振荡天平法为基础的监测仪器已广泛应用在环境空气颗粒物、柴油机排气、无组织排放空气污染、工艺尾气粉尘浓度、烟囱排烟、蒸汽沉积以及物质中气体分离等许多领域的在线实时监测, 美国Rupprecht&Patashnick (安普) 公司生产的TEOM-RP1400a系列监测仪, 该仪器具有在线实时监测各类颗粒物浓度的功能, 主要是用于环境空气颗粒物的连续性监测, 如TSP, PM10, PM2.5的连续性等实时监测, 但尚未用于固定污染源烟尘浓度的监测。而德国威乐公司于2012年研发生产的SM-500现场直读式烟尘测试仪则可以用于固定源烟尘浓度的测定, 且具有精度高、重复性好、测量迅速、步骤简单、自动化程度高等特点, 获得了德国TüV认证, 并且符合德国BIm Sch V标准。很好的弥补了国内现有烟尘测试仪的缺点, 必定会成为其未来发展的趋势。

3 使用振荡天平法来监测烟尘浓度的主要优势

3.1 使用振荡天平法的直读式烟尘测试仪具有自动化程度高, 操作步骤简单等特点, 能现场快速地测量烟尘排放浓度, 有利于提高环境监测的效率, 进而更好地为环境管理提供技术支持;

3.2 振荡天平法能避免人为移动滤筒造成的误差, 减少了采集、烘干、称重等环节, 省时省力, 能真正做到和烟气自动监控系统 (Continuous Emission Monitoring System, CEMS) 实时比对监测, 更好地保证了监测数据的准确度和实时性。

3.3 振荡天平法具有高精度的特点, 细微的烟尘浓度变化也会引起振荡频率的变化, 通过一系列的转化, 得出我们所需要的结果, 在低浓度烟尘测试领域有很大的优势。

目前, 振荡天平法主要应用在国外的污染源监测中, 在国内尚只应用于大气PM2.5监测中, 研究如何在我国较欧美国家更为复杂恶劣的污染源排放状况下, 使采用振荡天平法的烟尘测试仪能适应国内粉尘监测的需求就是今后工作的重中之重。同时也要建立起相应的质控体系, 完善振荡天平法在现场监测中的应用, 从而对于改进目前污染源烟尘监测状况起到一定的促进作用, 提高现有的监测水平, 满足日益增长的环境保护要求。

4 结语

目前, 我国便携式烟尘测试仪常用的方法是滤筒称重法, 耗时耗力, 尤其在高湿度、低浓度的条件下, 这种方法的劣势更为明显。而以振荡天平法为原理的现场烟尘直读式测试仪在国外已得到广泛的应用技术成熟。将之应用于国内固定源烟尘的监测, 能很好的克服传统烟尘测试仪所表现出来的弊端, 并且也能很好的为提高固定污染源烟尘监测水平提供硬件支撑, 具有广阔的应用前景。

摘要：振荡天平法是通过检测振荡频率的变化, 测量沉积在滤膜上颗粒物的质量, 根据采样体积, 计算出该时段内颗粒物的质量浓度。且具有精度高、重复性好、测量迅速、步骤简单、自动化程度高等特点, 很好的弥补了国内现有烟尘测试仪的缺点, 必定会成为其未来发展的趋势。

关键词：振荡天平法,烟尘监测,便携式,自动化

参考文献

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“说谎”的托盘天平 篇6

沪教版初中化学第四章第二节, 就是利用拉瓦锡的研究方法, 通过托盘天平称量来讲解质量守恒定律的。但是涉及有气体参与的化学反应, 一向正直的天平却会“说谎”。经过长期的教学实践, 笔者认为, 在教学中应该补充探究实验、对比实验, 剖析、理解天平“说谎”的原因, 以加深学生对质量守恒定律的理解。

一、敞口体系, 天平“说谎”似是而非

敞口体系, 由于忽视参与反应的气体, 许多化学反应好像不符合质量守恒定律。教师在讲解这个知识点时, 一般会举“蜡烛燃烧, 越烧越少”的例子, 说明没考虑生成的水与二氧化碳的逸散。笔者认为这里应增加一个对比实验 (或学生实验) 。如图1:在一个纸槽 (可用一次性纸水杯剪制) 里放适量的石灰水 (或氢氧化钠溶液) , 中间直立一支蜡烛, 连同一个可以罩住它的烧杯一起放在天平左盘, 调节天平平衡后, 取下左盘的装置, 点燃蜡烛, 迅速用烧杯罩住, 待蜡烛熄灭冷却后, 再放回左盘, 天平保持平衡。这样, 不但考虑到生成的气体, 还考虑到参与反应的氧气, 验证了质量守恒定律的正确性, 说服力更强。

又如, 铁钉生锈后会变重, 怎么说明这种缓慢的氧化反应也是符合质量守恒定律的呢?笔者建议这里应补充一个实验, 如图2:用食盐水润湿一支试管内壁, 里面沾上适量铁粉 (如用脱氧剂, 效果更快) , 立即塞紧橡皮塞, 放在天平左盘, 调节天平平衡, 然后取下, 等到铁粉变红锈后, 再称量, 天平依然保持平衡。

虽然敞口体系的天平平衡问题比较简单, 但是不可忽视这中间的德育教育:科学具有严密性, 需要实践检验。通过补充实验能使学生明白, 实践是检验真理的唯一标准, 空口说白话是站不住脚的。

二、密闭体系, 天平“说谎”浮力作怪

对于有气体参与反应的密闭体系, 在验证质量守恒定律时, 天平也会“说谎”, 形成了学生学习上的难点。如何突破难点?笔者认为, 应该结合学生已有的物理知识, 进行体系局部的受力分析, 找到“作怪”的浮力, 理解天平“说谎”的原因。

如图3所示, 在一个锥形瓶中加入适量稀硫酸, 在锥形瓶口上套紧一只气球, 预先在气球中装入适量镁粉, 但不要与稀硫酸接触。将这个装置放在天平左盘上, 调节天平平衡;然后将气球中的镁粉撒入稀硫酸中, 充分反应, 待装置冷却后, 将装置放回左盘, 天平会平衡吗?先让学生进行猜想, 进而通过实验证明:天平指针向右偏转。为什么质量好像“不守恒”?这时教师引导学生观察密闭体系的体积是否发生变化, 让学生自己找到气球膨胀是体积变化的原因。由于体系的其他部分体积没有变, 在天平上称量时反应前后受到的浮力是一致的, 因此只需考虑气球膨胀引起的浮力变化。如图4进行受力分析:

显然:F支持是负数, 天平当然会向右倾斜。

但是, 如果密闭体系不膨胀也不收缩, 即V排=0, 则F浮=0, 那么天平肯定会平衡的。通过体系局部的受力分析, 能很直观地说明天平“说谎”的原因, 从而进一步验证质量守恒定律的正确性。值得一提的是, 笔者在日常教学中发现, 许多学生有这样的误解, 认为氢气的密度比空气密度小, 有浮力, 但是二氧化碳的密度比空气密度大, 会“往下沉”, 没有浮力影响, 这种错误相当普遍。对于这种典型的错误应该及时纠正, 要向学生说明, 气体的密度与空气的密度只要在一个数量级上, 那么在称量时就会受到浮力的显著影响, 即称量的质量是不准确的。

在另外一种情况下, 验证质量守恒定律时, 天平也会“说谎”。如图5:在一个敞口的具支锥形瓶上套紧一只气球, 具支锥形瓶中充满二氧化碳气体, 支管上用乳胶管连接一个装满氢氧化钠溶液的注射器。实验时, 先将装置放在天平左盘, 调节天平平衡, 然后取下装置, 将氢氧化钠溶液注入具支锥形瓶中, 充分振荡, 待反应完全、冷却后, 重新放在天平左盘, 结果会发现, 天平向左倾斜。为什么会出现这种现象呢?教师再做一个对比实验, 如图6:将图5装置中的气球改为一个橡皮塞, 重复上述实验, 结果这次天平居然保持平衡了。

教师要不失时机地引导学生对比, 发现图5中的装置不但体积变化了, 而且它的“密闭”也是假象, 反应发生后, 外界空气通过气球进入了体系中 (如图7) , 导致体系质量增大, 从而引起天平不平衡。

天平砝码的检定分析 篇7

天平砝码是称量物体质量的标准量器, 如果性征发生改变, 则直接影响被称量物体的准确性。如果是实验室所用天平砝码不准确, 则直接导致试验结果的不准确。所以对天平砝码应该定期进行检定, 保持清洁, 才可以保证其称量的准确性。

1 天平砝码的性质

1.1 天平砝码的材质

砝码是天平衡器中重要的仪器之一, 一般是由无磁不锈钢 (铜镀铬、铁镀铬) 做成。每架天平都配有一套砝码。一般砝码的形状有:圆柱体、圆锥形、板形、片形、环形、条形。不锈钢砝码, 其外观有着接近镜面的光亮度;铸铁砝码的外层表面需做防腐蚀处理, 但是, 铸铁砝码的成本比较低, 所以在检定3级以下的计量器具时, 用的都是铸铁砝码。

1.2 天平砝码的特性

砝码如果被腐蚀, 称量的质量就不准确, 所以抗腐蚀性是砝码必备的特性。一般不锈钢砝码都要镀一层硌, 硌镀层具有化学稳定性, 在碱、硝酸、硫化物和大多数的有机酸中都不容易发生作用。铸铁砝码也可以镀铬, 或者是涂油、刷漆等都可以防锈防腐。

1.3 天平砝码的测量

天平砝码的质量组合一般为1, 2, 2, 5, 如一组砝码的质量为: (1) 1, 2, 2, 5;10, 20, 20, 50 g; (2) 10, 20, 20, 50, 100, 200, 200, 500 mg。

在称量的时候可以采用“等量累积代替”法来选择所用的砝码。这盒砝码的最小砝码是100 mg, 最大砝码是100 g, 那么这台天平称量的精确度为100 mg, 称量范围为100 mg~211 g。即凡在这个精确度和范围内的任何数值的质量, 都可由砝码盒中的砝码累积代替。如125.5 g可由100 g、20 g、5 g、500 mg的砝码累积而成。这就能保证只要在测量范围内, 可以用最少的砝码累积, 测量出任何一组质量数值来。

1.4 砝码的准确度等级

砝码的等级有:E1、E2、F1、F2、M1、M11、M2、M22、M3。

砝码共分为两等九级, 等是按照不确定度来分, 即等砝码有修正值;级是按照示值误差来分, 即级砝码没有修正值, 只要示值误差在允许范围内就是合格的。

2 影响天平砝码检定准确度的因素

砝码作为量器在具体操作中往往会因为一些因素影响准确度。主要有装置、环境、操作方法等方面。

2.1 天平装置的影响

如果天平的装置本身有问题, 像天平安装、调整不当都会影响砝码检定的准确度。对于计量检定来说, 计量标准值是很重要的参数, 但是, 往往会因为时间的推移和空间位置的变化而发生变化, 这样计量标准发生变化了, 所检定的数据也是不准确的。

如对F2等级的砝码检定, 首先要确定的是F1等级砝码的标准是不是稳定合格的。再者要考虑检定所用的天平是否具备有效期内的检定证书, 一般选用配套的机械天平为 (TG328A、TG332B型) , 或相对应的电子天平。电子天平要考虑偏载误差、示值误差、重复性等, 机械天平要考虑其标尺分度值、示值误差和不等臂误差等。

在砝码检定之前, 需要对所用天平进行检定或自检, 尽量消除天平装置引起的误差。

2.2 环境因素的影响

砝码检定所受到的环境影响有温度、湿度、清洁度、磁性、气压和振动等。环境的不稳定性是影响砝码检定误差的重要方面, 因为有些因素的产生是不可避免的。

2.2.1 温度的影响

温度是指物体的冷热程度。自然界中的任何物理和化学过程都和温度有关, 温度起伏波动越大, 对物体的性质影响越大。温度升高, 电子天平的零点就会漂移, 测量就会有误差。对于机械天平, 温度的变化也会引起天平臂长的伸缩, 必然会引起天平的精确度。如果是单方向受热, 那么对检定的影响将会特别严重。即使是室内照明的白炽灯也会影响天平砝码的检定精确度。所以试验室温度要控制恒温, 还要避免阳光照射。

2.2.2 湿度的影响

湿度是室内空气的潮湿程度。空气湿度过大, 放在空气中的砝码表面要吸附水蒸气中的水分子, 形成一层“水膜”, 水膜的质量将影响砝码的检定准确度, 而且不同的水膜厚度对砝码的质量影响不一。所以在砝码检定时要在实验室内配置干湿度表, 并且要先检定干湿度表, 用通风抽湿的方法调节室内湿度, 等湿度稳定以后再进行砝码检定。

2.2.3 清洁度的影响

清洁度对砝码检定的影响是很明显的, 也是常识。砝码在检定前要用酒精对其表面进行清洁, 如果灰尘较多要用无水乙醇清洁。如果砝码是带腔体的, 则不得将砝码整体浸入溶液中, 以免液体浸入腔体。

2.2.4 磁性的影响

大自然中磁场无处不在, 所以砝码不能有磁性。砝码在铸造的时候都要加无磁性的镍元素做处理, 而且在投入使用前都会进行磁性检定, 不合格的砝码不得进行物体质量的测量。在砝码磁性检定时要避开磁场很强的地方, 或者是大电流经过的地方, 保证砝码的检定准确无误。

2.3 操作方法的影响

操作的方法只要每一个步骤都是正确的就没有什么大的问题, 轻拿轻放, 不损坏天平和砝码, 对检定的结果就不会有什么影响。

3 天平砝码的检定方法

3.1 砝码检定要求

首先要检定实验室温度和湿度, 一般实验室的温度应在18℃~23℃, 4 h内的温差变化在3.5℃以内, 相对湿度在30%~70%, 4 h内的湿度变化在15%以内。温度和湿度的测量值要填入试验检定记录内。砝码检定时, 实验室要关闭门窗, 不得有阳光直射, 不得有气流和磁干扰。

3.2 砝码检定方法

3.2.1 直接衡量法

直接衡量法速度快, 操作简单, 但衡量时不能消除天平臂长的误差, 适用于质量比较小的砝码检定。

3.2.2 替代衡量法

替代衡量法可以分为单次替代和连续替代两种。

单次替代可分为以下几步检定: (1) 将被检定的砝码B放于天平的任一盘中, 在另一个盘中放配衡砝码T, 开启天平测定其平衡位置, 用IB表示。 (2) 取下被检砝码B, 放置相同标称值的标准砝码A, 依然用配衡砝码T, 开启天平测定其平衡位置, 用IA表示。若发现天平衡量倾角太大无法读数时, 则要在较轻的一盘中添加小标准的砝码w使其平衡。 (3) 在显示较轻的一盘中添加测分度值小砝码r, 测定平衡用IAr表示。 (4) 将测分度值小砝码r留在盘中, 用第一步被检砝码B替代被检砝码A, 测定平衡位置, 用IBr表示。如果需要继续测量, 可以反复替代, 记录度量值。

连续替代法可以将若干被检砝码组中的标称值对应相等, 放入任意盘中, 其质量总和不得超过天平的最大称量值, 在另一盘中放置配衡砝码T, 开启天平, 记下连续的四个回转点读数或两次静止点读数, 关住天平。取下砝码盘中的A1, 放置标称质量值与A1相同的B1, 开启天平, 如果不平衡则关住天平, 在较轻的一盘中加小标准的砝码w1使之平衡。按照上述方法依次测量, 记录。一直到被检砝码替代测量完毕为止。

3.2.3 交换衡量法

交换衡量法的步骤为: (1) 将被检砝码B放于天平右盘, 将相同标称值的标准砝码A放于天平左盘, 开启天平, 测定平衡用IAB表示。若衡量倾角太大无法读数, 则要在较轻一盘添加小标准砝码w使其平衡再测。 (2) 将左右盘中的所有砝码全部交换, 开启天平测定平衡用IBA, 如果倾角太大无法读数, 则要在较轻一盘添小标准砝码w, 使其平衡进行测定。 (3) 在较轻一盘添加测分度值的小标准砝码r, 加于较轻的一盘, 测定平衡位置, 用IBAr表示。 (4) 将测分度值的小砝码r留在盘中, 将剩下的砝码再进行第二次交换, 测定其平衡位置, 用IAbr表示。

双次交换和上述步骤相同, 依次记录静止点和回转点, 填写记录。

4 砝码的清洁保护

做实验的砝码用后一般用酒精擦拭清洁, 放置阴凉处自然风干, 然后再放置于原包装盒内。工业用的铸铁大砝码一般用后要放置在洁净干燥的库房里, 用布或塑料纸包好, 避免受潮腐蚀影响其准确度。

5 结语

砝码的检定要经常进行, 尤其是在做试验之前, 就是用简单的直接衡量法也要做一次检定。如果在做精密试验时则要排除一切干扰因素, 用交换衡量发或替代衡量法进行检定, 方可保证所测量的质量是准确的。

摘要：砝码是天平衡器中的重要仪器之一, 其精确度直接影响着被称量物体质量的准确度。文章简介了天平砝码的性质, 分析了影响砝码检定的因素, 介绍了几种砝码检定的方法以及砝码的清洁保护。

关键词：砝码检定,影响因素,检定方法

参考文献

[1]金龙南.浅析天平砝码检定[J].城市建设理论研究, 2013 (4) .

[2]王海锋.一种用于检定大砝码的组合式砝码标准的设计加工[G]//江苏省计量测试学术论文集, 2011.

电子天平的使用 篇8

1 简介。

电子天平是最新一代的天平, 是根据电磁力平衡原理, 直接称量, 全量程不需砝码。放上称量物后, 在几秒钟内即达到平衡, 显示读数, 称量速度快, 精度高。电子天平具有使用寿命长、性能稳定、操作简便和灵敏度高的特点。此外, 电子天平还具有自动校正、自动去皮、超载指示、故障报警等功能以及具有质量电信号输出功能, 且可与打印机、计算机联用, 进一步扩展其功能。由于电子天平具有机械天平无法比拟的优点, 尽管其价格较贵, 但也会越来越广泛地应用于各个领域并逐步取代机械天平。

2 使用方法。

电子天平按结构可分为上皿式和下皿式两种。称盘在支架上面为上皿式, 称盘吊挂在支架下面为下皿式。目前, 广泛使用的是上皿式电子天平。尽管电子天平种类繁多, 但其使用方法大同小异, 具体操作可参看各仪器的使用说明书。下面以上海天平仪器厂生产的FA1604型电子天平为例, 简要介绍电子天平的使用方法。

2.1水平调节。观察水平仪, 如水平仪水泡偏移, 需调整水平调节脚, 使水泡位于水平仪中心。2.2预热。接通电源, 预热至规定时间后, 开启显示器进行操作。2.3开启显示器。轻按ON键, 显示器全亮, 约2s后, 显示天平的型号, 然后是称量模式0.0000g。读数时应关上天平门。2.4天平基本模式的选定。天平通常为“通常情况”模式, 并具有断电记忆功能。使用时若改为其它模式, 使用后一经按OFF键, 天平即恢复通常情况模式。称量单位的设置等可按说明书进行操作。2.5校准。天平安装后, 第一次使用前, 应对天平进行校准。因存放时间较长、位置移动、环境变化或未获得精确测量, 天平在使用前一般都应进行校准操作。本天平采用外校准 (有的电子天平具有内校准功能) , 由TAR键清零及CAL减、100g校准砝码完成。2.6称量。按TAR键, 显示为零后, 置称量物于称盘上, 待数字稳定即显示器左下角的“0”标志消失后, 即可读出称量物的质量值。2.7去皮称量。按TAR键清零, 置容器于称盘上, 天平显示容器质量, 再按TAR键, 显示零, 即去除皮重。再置称量物于容器中, 或将称量物 (粉末状物或液体) 逐步加入容器中直至达到所需质量, 待显示器左下角“0”消失, 这时显示的是称量物的净质量。将称盘上的所有物品拿开后, 天平显示负值, 按TAR键, 天平显示0.0000g。若称量过程中称盘上的总质量超过最大载荷 (FA1604型电子天平为160g) 时, 天平仅显示上部线段, 此时应立即减小载荷。2.8称量结束后, 若较短时间内还使用天平 (或其他人还使用天平) 一般不用按OFF键关闭显示器。实验全部结束后, 关闭显示器, 切断电源, 若短时间内 (例如2h内) 还使用天平, 可不必切断电源, 再用时可省去预热时间。

若当天不再使用天平, 应拔下电源插头。

3 电子天平的维护与保养。

3.1将天平置于稳定的工作台上避免振动、气流及阳光照射。3.2在使用前调整水平仪气泡至中间位置。3.3电子天平应按说明书的要求进行预热。3.4称量易挥发和具有腐蚀性的物品时, 要盛放在密闭的容器中, 以免腐蚀和损坏电子天平。3.5经常对电子天平进行自校或定期外校, 保证其处于最佳状态。3.6如果电子天平出现故障应及时检修, 不可带“病”工作。3.7操作天平不可过载使用以免损坏天平。

摘要：随着电子技术的发展, 电子分析天平逐渐取代了机械天平, 电子天平使用过程中的注意事项及其安全防护是日常工作中必备的。